KR102576448B1 - 생체 물질 자동 검사 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 검사 시스템에 관한 것으로, 시료 내 세균, 박테리아, 바이러스 등의 검출 및 진단을 자동화 및 단순화할 수 있다.
본 발명에 따른 자동 검사 시스템은 검체 시료를 현장에서 바로 검사할 수 있고, 시료로부터 정성 및 정량 분석을 자동화하여 전문적인 지식이 없는 일반인이 용이하고 편리하게 사용할 수 있다. 또한, 검체 시료의 이송 및 배양 단계를 단축하여 비용 및 시간을 최소화하면서 신속한 결과를 얻을 수 있고, 식품 내 미생물 또는 바이러스의 실시간 모니터링이 가능하다.

Description

생체 물질 자동 검사 시스템{AUTOMATIC INSPECTION SYSTEM}
본 발명은 시료 내 세균, 박테리아, 바이러스 등의 생체물질의 검출 및 진단을 자동화 및 단순화하기 위한 시스템에 관한 것이다.
농식품부에서는 GAP 및 친환경 농산물인증제도 등 안전관리체계를 내실화하고, 인증표시제의 관리강화로 농식품의 소비 신뢰를 제고하고자 노력하고 있으며, 식품의 경우 HACCP 인증을 통하여 기관 및 업체의 식품 관리기준을 강화하였다.
하지만, 최근 농축산물 식품에 관련하여 HACCP 관리를 무색하게 하는 식중독 발생이 빈번하게 발생하고 있으며, 이는 농축산물의 생산, 출하, 저장, 유통 단계에서부터 식중독 관리가 철저히 필요함을 시사한다. 특히, 냉장이나 냉동 등 단기 또는 장기 저장 단계에서 식중독균(살모넬라, 병원성 대장균, 리스테리아) 또는 유해바이러스(노로바이러스, 로타바이러스, 아데노바이러스)의 발생 역시 빈번하게 발생하므로, 이를 사전에 차단하여 유해균 또는 바이러스가 식재료로 공급되는 것을 막을 수 있는 신속한 장치가 필요하다.
식품 관련 현장에서 적용되고 있는 식중독균 검출법들은 시간과 인력의 소모가 크며, 전문성이 요구되는 방식들이 대다수이다. 식품의 유해물질을 검사하는 기존 방법으로는 균을 배양하고, 그 수를 증대시켜 정량적 분석을 하는 것으로, 균 별로 성장배지의 특성이 상이하다는 점을 이용하여 균을 식별하였다. 그러나, 장비가 갖추어진 실험실과 같은 장소에서, 교육받은 전문가에 의해 수행되는 전배양, 선택배양 등의 복잡한 공정 과정이 필요하고, 2 내지 3일 정도의 긴 시간이 소요된다는 단점이 있다.
면역학적인 방법으로는 엘라이자(ELISA) 분석 방식과 신속 검사 키트(rapid test kit)를 사용하는 방식이 있다. 이러한 방식은 검사 자체의 속도는 빠르다고 할 수 있지만, 이 역시 배양 과정 후에 각각의 균 별로 별도의 시험이 필요하기 때문에 배양에 많은 시간이 소요되고, 유전자 증폭 검사 기술인 PCR에 비하여 정확도가 저하한다는 단점이 있다.
유전자 검사 기반의 PCR방법은 검사 자체의 정확도는 우수하나, 유전자의 증폭을 위해서는 배양 및 배양된 시료에 대하여 유전자 추출의 전처리 과정을 거쳐야 하므로 유전자 기반의 전문가가 아니면 검사에 어려움이 있다. 또한, 검사를 위한 장비가 고가이므로 시료를 현장에서 신속하게 검사하기에는 경제적인 어려움이 있다.
현장에서 식중독 균과 같은 유해 미생물에 대한 검사가 가능한 시스템은 전세계적으로 극소수로 존재하며, 현재의 방식으로는 주로 정성형 면역진단키트(rapid kit)를 사용한다. 양성 또는 음성만을 판단하는 제품은 민감도가 낮기 때문에 위양성 또는 위음성의 검출 확률이 많고, 정확한 검사가 어려운 상황이다.
이러한 현재의 배양법 또는 면역학적 방법으로는 병원균의 신속한 검출이 어렵기 때문에 식중독과 같은 질병에 대한 예방의 취지보다는 질병 발생 후에 역학 분석과 원인 규명의 성격에 가까운 실정이다.
전문성이 부족한 일반 인력이 현장에서 신속하고, 용이하게 사용하기 위해서는 간단한 검출 시스템의 보급이 필요하며, 이를 위해서는 검사과정의 자동화가 필요하다.
식중독균 검사에 대한 국내 기술 현황은 유전자 검사 방법이 점차 주를 이루고 있으며, 항원-항체 기반의 면역 신속 분석법에 대한 독점 기술은 상대적으로 적다. 그 중, 자성 농축을 이용한 면역 분석법이 많이 알려져 있으나 분석의 전 과정이 액체 분주(liquid handling)를 통해 자동으로 이루어지는 제품은 전무하다. 아울러, 식중독 균과 같은 유해 미생물 또는 바이러스의 검사를 위해 배양액의 농축부터 반응, 검사의 일련의 과정이 자동화된 제품도 찾기 어려운 실정이다.
그러므로, 검사 대상 시료 이송, 시료 배양 단계 등의 공정을 축소 및 단순화하고, 검출 민감도를 유지하면서도 검사 시간을 단축할 수 있는 자동화 시스템이 요구된다.
본 발명의 목적은 간단하고 신속하게 현장에 적용할 수 있는, 생체 물질에 대한 고감도 자동 검사 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
시료 내의 미생물 또는 바이러스를 검출하기 위한 시스템으로,
시료 및 시약의 순차적인 반응을 유도하는 액체 분주 모듈;
저장부 튜브, 농축부 튜브 및 반응부 튜브 중 하나 이상을 구비하는 카트리지; 및
검출 및 측정을 실시하는 광학부 모듈을 포함하고,
상기 액체 분주 모듈이, 상기 액체 분주 모듈이 2축 이상의 스테이지를 포함하며, X축 이동 스테이지, Y축 이동 스테이지 및 Z축 이동 스테이지 중 2축 이상의 스테이지를 포함하는, 생체 물질 자동 검사 시스템을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 상기 액체 분주 모듈은 피펫 내부 압력 인식 센서 기능, 액체 표면 레벨 인식 센서 기능 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 액체 분주 모듈은 시료 및 시약의 흡입, 이송 및 분주를 위한 소프트웨어를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 농축부 튜브는 자성비드 및 항체를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템은 자석 이동 모듈을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 카트리지는 버퍼를 구비한 튜브, 신호 증폭 물질을 구비한 튜브 및 피펫 팁 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 광학부 모듈은 신호 검출기, 신호 증폭기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기한 바와 같은 시스템을 도입한 생체 물질 자동 검사 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 상기 장치에서 광학부가 포토멀티튜브, 광다이오드 센서 또는 전하결합소자 이미지센서를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 히팅부, 모터 및 이동용 솔레노이드 밸브 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 제1항에 따른 시스템으로,
1) 생물학적 시료 및 시약 내 항체의 면역반응을 유도하는 단계;
2) 상기 1) 단계의 물질을 신호 증폭 물질과 반응시키는 단계; 및
3) 상기 2) 단계의 물질을 검출 및 측정하는 단계를 순차적으로 진행하는, 생체 물질 자동 검사 방법을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 상기 1) 내지 3) 단계를 모두 자동적으로 제어할 수 있다.
기타 본 발명에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 자동 검사 시스템은 검체 시료를 현장에서 바로 검사할 수 있고, 시료로부터 정성 및 정량 분석을 자동화하여 전문적인 지식이 없는 일반인이 용이하고 편리하게 사용할 수 있다. 또한, 검체 시료의 이송 및 배양 단계를 단축하여 비용 및 시간을 최소화하면서 신속한 결과를 얻을 수 있고, 식품 내 미생물 또는 바이러스의 실시간 모니터링이 가능하다.
본 발명에 따른 시스템은 농축산 분야뿐만 아니라 해양수산 분야, 보건의료의 급성 및 만성 질병의 조기진단, 생명 공학 제품 공정의 현장 감시, 구제역 및 조류독감 등의 수의분야 현장감시, 고위험 병원체의 신속한 탐지에도 활용이 가능하므로 광범위한 분야에서 활용될 수 있다.
도 1은 현장형 진단 시스템 플랫폼을 나타내는 개념도이다.
도 2는 면역-자성입자 분리 기술을 나타내는 모식도이다.
도 3 및 4는 카트리지의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5 및 6은 시료의 항원-항체 반응부터 검출까지의 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7 및 8은 본 발명에 따른 장치의 모식도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 자동 검사 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 식중독균과 같은 세균, 박테리아, 바이러스가 포함된 시료(샘플)의 농도를 증가시키기 위해 시료의 농축, 시료와 검사 시약, 버퍼 등의 순차적인 반응이 진행되도록 한 후, 광학부 모듈을 이용한 검출 및 측정으로 진단 검사가 가능한 통합 자동화 검사 시스템에 관한 것이다.
시료의 순차적인 농축이나 반응을 진행하기 위해서는 시료, 항체, 버퍼 등의 흡입, 분주가 가능한 피펫 기술과, 시료 또는 시료 반응물의 분리를 위해 자성체를 이용한 시료의 농축과정, 순차적인 반응을 위한 면역반응 과정, 반응물질의 감도를 높이기 위한 신호증가 물질 등을 연속적으로 투입한 후 일련의 검사 과정을 통합적으로 시행하는 통합 면역진단 시스템이 요구된다. 농축과정이 필요하지 않은 시료의 경우 순차적인 면역반응과 검출 및 측정을 포함하는 통합 시스템으로 적용할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 현장형 진단 시스템 플랫폼을 나타내는 개념도이다.
구체적으로 본 발명은,
시료 내의 미생물 또는 바이러스를 검출하기 위한 시스템으로,
시료 및 시약의 순차적인 반응을 유도하는 액체 분주 모듈;
저장부 튜브, 농축부 튜브 및 반응부 튜브 중 하나 이상을 구비하는 카트리지; 및
검출 및 측정을 실시하는 광학부 모듈을 포함하고,
상기 액체 분주 모듈이, 상기 액체 분주 모듈이 2축 이상의 스테이지를 포함하며, X축 이동 스테이지, Y축 이동 스테이지 및 Z축 이동 스테이지 중 2축 이상의 스테이지를 포함하는, 생체 물질 자동 검사 시스템을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 본 발명으로 검출 가능한 미생물 또는 바이러스는 식중독균, 살모넬라, 리스테리아, 노로바이러스, 로타바이러스, 아데노바이러스, 리스테리아, 병원성대장균, 조류독감, 탄저균, 보툴리늄 독소 등을 포함할 수 있으나, 상기한 기재에 제한되지는 않으며 생물학적 시료 내 포함된 유해 미생물 및 바이러스라면 본 발명의 검출 대상으로 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 액체 분주 모듈은 피펫 내부 압력 인식 센서 기능, 액체 표면 레벨 인식 센서 기능 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 액체 분주 모듈은 시료 및 시약의 흡입, 이송 및 분주를 위한 소프트웨어를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 농축부 튜브가 자성비드(magnetic bead) 및 항체를 포함할 수 있다. 시료로부터 균 또는 바이러스를 분리하고 배양하여 자성비드로 농축하는 경우 최초 시료 부피의 1/10으로 농축하면 10배의 농축이 이론적으로 가능하다. 그러므로 시료를 연속적으로 농축할 수 있고, 목적 농도로의 제어가 가능하다.
또한, 자성비드와 항체의 중합 과정에서 EDC 또는 환원제(reducing agent)와 설프하이드릴(sulfydryl) 반응성 화학적 링커(chemical linker)가 이용될 수 있다. 검체 내의 균 또는 바이러스와, 자성비드에 고정되어 있는 특이항체와의 부착 결합체가 형성되면 자석을 이용하여 분석물질과 반응을 일으킨 자성 비드만을 포획한 후, 비반응 용해 물질들을 제거하고 분리할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 시스템은 자석 이동 모듈을 포함할 수 있다. 자석은 농축부, 반응부, 저장부 등의 튜브가 일렬로 배치된 카트리지의 측면에 위치하여 카트리지와 평행하게 이동할 수 있다. 예를 들면 농축부와 반응부 사이에 하나의 자석이 위치할 수 있고, 또한 농축부와 반응부 측면에 각각 하나의 자석이 위치할 수 있으나, 카트리지 내의 농축부와 반응부의 배열에 따라 적절하게 위치할 수 있다. 또한, 자석 이동 모듈에 따라 자석이 반응부 튜브 또는 농축부 튜브로부터 이격되거나 접촉할 수 있다.
자성 농축기술을 이용하게 되면 시료 양에 따라 10배 내지 100배까지 민감도를 높일 수 있기 때문에 극 저농도의 식중독균 탐지용 면역센서를 개발하는 데에 반드시 필요한 기술이다. 도 2에는 면역-자성입자 분리 기술을 나타내는 모식도를 도시하였다.
농축 공정은 개략적으로 항체와 중합한 자성비드와 식중독균과 같은 유해 세균 또는 바이러스가 포함된 시료와의 반응, 자석을 이용한 분리공정, 세척(washing) 과정, 항체와 식중독균과의 분리, 중화 등의 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 농축된 검체는 면역반응 카트리지에 첨가하여 탐지항체-효소 중합체와의 반응을 통하여 샌드위치 면역 복합체를 형성한다.
일 구현예에 따르면, 상기 카트리지는 버퍼를 구비한 튜브, 신호 증폭 물질을 구비한 튜브 및 피펫 팁 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 신호증폭 물질은 horseradish peroxidase(HRP), alkaline phosphatase(AP) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
농축된 시료는 버퍼(buffer)에 의한 세척(washing)이 최소 2회 이상 이루어지고, 항체-biotin과의 반응이 이루어진다. 항체-biotin과의 반응 완료 후 세척이 수행되며, 이후 SA-HRP 또는 SA-AP와 같이 신호 발생을 위한 SA-효소 중합체와의 반응이 이루어진다. 마지막 세척 후 효소-기질 반응을 통해 신호가 발생되며, 이때 신호는 발색 또는 발광 신호가 될 수 있다.
본 발명에서 세균 또는 바이러스의 검출을 위해 실시하는 면역분석은 기본적으로 샌드위치(sandwich) 형태로 수행되며, 이는 반응 최적화 과정에서 변경될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지 구성을 나타내었다. 도 3에서, A 내지 H의 각각의 구성은 추가 또는 감소할 수 있고, 배치 순서 역시 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현에에 따른 카트리지를 도 4에 나타내었다. 도 4의 경우에는 예를 들면 농축부 및 반응부를 인접하여 배치하였으나, 자석의 위치 및 개수를 적절하게 조절하여 농축부 및 반응부의 배치를 선택할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 광학부 모듈은 신호 검출기, 신호 증폭기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
신호 검출기로는 고감도 포토멀티튜브(photo multi tube, PMT), 포토다이오드(photodiode, PD) 또는 전하결합소자(charge coupled device, CCD) 이미지 센서를 포함할 수 있다.
면역 결합체로부터 신호를 검출하기 위한 방법으로 효소기질로서 예를 들면 루미놀(luminol)을 이용하여 분석물질 농도에 비례한 화학적 발광 신호를 발생시킴으로써 정량적이고 체계적인 정보를 얻을 수 있다.
도 5 및 6에 본 발명의 항원-항체 반응, 자성 분리(시료 농축), 검출 및 측정 단계를 개략적으로 나타내었다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기한 바와 같은 시스템을 도입한 생체 물질 자동 검사 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 자동 검사 장치는 히팅부, 모터 및 이동용 솔레노이드 밸브 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 히팅부는 검출 및 측정 시 시료 및 항체의 반응이 잘 이루어지도록 적정온도를 유지하는 역할을 한다. 모터 또는 이동용 솔레노이드 밸브로는 자석, 액체 분주 모듈을 이동시킬 수 있다.
도 7 및 8에는 본 발명에 따른 자동 검사 장치의 모식도를 나타내었다. 기기의 좌측에는 액체 분주 모듈의 이송을 위한 X축 이동 스테이지, Y축 이동 스테이지 및 Z축 이동 스테이지가 구비된다. 또한, 시료나 시약을 분주하기 위한 피펫이 있으며, 농축과 검사를 순차적으로 진행하기 위한 시료와, 반응을 위한 시약이 주입되어 있거나 주입될 수 있는 카트리지가 있다.
카트리지는 배양된 시료를 주입하는 배양된 시료가 들어 있는 시료 저장부, 시료를 농축하기 위한 농축부, 시료나 시약을 반응시켜 검사를 위한 반응부, 자성체 기반 검사에 사용되는 워싱액(버퍼), 항체, 발광액(신호 증폭 물질)이 들어가는 다수의 일회용 튜브홀로 구성된다.
도 7 및 8의 장치에 따른 현장 검사형 플랫폼을 중심으로 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
저장부(reservoir)에 자성입자가 포함된 시료, 즉, 일반 시료나 배양 시료 등을 피펫기술을 이용하여 농축부 튜브(concentration tube)에 이송한다. 자성입자가 자석에 달라붙는 성질을 이용하여 자석을 이용하여, 자성입자가 포함된 시료가 튜브 측면에 붙어 농축되는 동안, 농축부 튜브 내부에 남아 있는 찌꺼기 등 불필요한 물질은 피펫기술로 흡입하고, 폐기물(waste)부로 이송 및 폐기된다. 마찬가지로 피펫을 이용하여 시료를 농축부 튜브에 이송하여 2회 농축하고, 찌꺼기 등은 버리는 과정을 통해 연속적으로 진행하여 샘플 시료를 농축할 수 있다.
농축부 튜브에 농축된 샘플은 피펫에 의해 반응부로 이송한다. 이때 농축이 끝났으므로 오염방지를 위해 현재의 피펫 팁은 자동으로 폐기물부에 버려지고, 새로운 피펫 팁을 자동으로 꽂아서 사용한다.
피펫 끝단에 부착되는 피펫 팁은 사용하지 않은 피펫 팁 카트리지에 미리 적치되어 있고, 피펫의 수직 이송부가 상하로 움직이면서 피펫 팁을 장착하거나 탈착하도록 한다. 피펫은 정확한 량을 흡입, 이송, 분주하기 위한 주요 기능으로 흡입 전후의 피펫 팁 내부 압력, 분주 후에 피펫 팁(pipette tip)이나 카트리지에 공기(air) 또는 버블(bubble) 발생을 방지하고, 피펫 내부의 압력 측정, 액체 표면 레벨 센싱(level sensing, carbon tip)이 가능한 기능 등을 내포하도록 한다.
검사부로 이송된 농축 시료는 미리 검사 카트리지의 일단의 튜브에 들어 있는 항체를 피펫부가 흡입한 후 검사부로 이송하여 시료와 반응 결합시킨다. 항체와 반응한 시료 중에서 순수 시료만을 얻기 위해 카트리지의 일단에 들어 있는 세척액을 피펫부가 흡입, 이송한 후 검사부에 2 내지 3회 주입하여 혼합(mixing) 과정을 거치면 반응하지 않은 찌거기 등은 피펫을 이용 흡입하여 폐기물부로 버려진다. 반응을 통해 결합한 샘플과 항체에 검사 카트리지에 있는 발광액을 마찬가지로 피펫부를 이용하여 검사부에 주입한다. 검사부는 빛이 들어가지 않도록 암실을 잘 유지한다.
자성입자는 막대 자석위치의 변경으로 튜브 측면에 붙거나, 분리되면서 순수 반응 시료만을 확보(농축)할 수 있도록 한다. 검사부에는 시료와 항체가 잘 반응되도록 적정온도를 유지하기 위한 히팅부를 구비할 수 있고, 자석의 위치는 모터 또는 이동용 솔레노이드 밸브를 작동하여 변경할 수 있다.
광학부 모듈은 검사부의 측면에 고감도의 포토 멀티 튜브(photo multi tube, PMT), 포토다이오드(photodiode, PD) 또는 전하결합소자(charge coupled device, CCD) 이미지 센서가 부착되어, 검사부의 발색, 발광 및 형광의 세기를 측정하여 식중독균이나 병원체의 존재 여부를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기한 바와 같은 시스템을 적용하여,
1) 생물학적 시료 및 시약 내 항체의 면역반응을 유도하는 단계;
2) 상기 1) 단계의 물질을 신호 증폭 물질과 반응시키는 단계; 및
3) 상기 2) 단계의 물질을 검출 및 측정하는 단계를 순차적으로 진행하는, 생체 물질 자동 검사 방법을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 1) 내지 3) 단계를 자동적으로 제어할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 시료의 농축, 반응 세척, 검출 등의 일련의 공정을 자동화할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명은 현장에서 간단한 조작으로 검사가 가능하도록 반응, 세척, 검출이 자동으로 수행될 수 있도록 하는 자동화 ELISA 시스템과 유사한 방식 플랫폼을 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2 내지 3시간의 간이 배양 후 농축, 순차적인 반응 및 검사를 총 4시간 내외로 마치되, 식품 공전의 배양법과 동일한 감도(1?10 CFU/sample)의 수준으로 식중독균과 같은 박테리아 또는 바이러스의 유, 무 또는 정량을 분석할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 본 발명은 농축산 도매시장이나 마트에서 사용 가능하며, 연구원이 아닌 일반 공무원이나 일반 사람도 간단한 교육을 받으면 검사가 가능하도록 단계를 자동화하였다. 따라서 학교 급식, 식품 생산, 유통 과정 등에서 발생할 수 있는 세균, 바이러스에 의한 식중독균 검사를 용이하고 편리하게 적용할 수 있다.
더하여, 심장관련 질병이나 암 스크린용을 위한 면역 시약을 개발하여 인간 질병 검사용과 축산 질병검사용 시약을 개발하여 구제역, 조류독감 등 축산 질병 검사용으로도 적용할 수 있을 것으로 기대되어, 확장성이 매우 클 것으로 여겨진다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 실험자가 측정하고자 하는 시료를 저장부에 약 10mL 분취하였다.
2. 자동화 시스템에 따라 피펫에 팁이 장착된 후 저장부로 이동하여 시료 1mL을 취하였다.
3. 피펫에 취한 시료는 농축부로 이동하여 자성비드-항체 중합체가 준비되어 있는 농축부 튜브에 분주하였다. 이 때, 자석과 농축부 튜브는 분리(이격)된 상태이다.
4. 농축부 튜브에서 시료와 자성비드-항체 중합체 사이에 면역반응이 이루어진다. 면역반응이 충분하게 이루어질 수 있도록 피펫 혼합(mixing)이 수행되며 반응 시간은 10분이다.
5. 반응이 완료된 후, 자석을 이용하여 반응이 완료된 물질만을 분리한다. 면역반응이 완료된 물질은 자성비드와 결합되어 있으므로 자석이 있는 쪽 면에 달라붙게 된다. 나머지 버퍼 및 잔여물질은 피펫으로 취한다. 이 때, 자석은 농축부로 이동하여 밀착된 상태이다.
6. 피펫으로 취한 버퍼 및 잔여물질은 폐기물(waste)부로 이동하여 버려진다.
상기 2. 내지 6.의 단계를 총 10회 반복하여 시료를 농축하였다. 이 경우, 1mL씩 10회로, 총 10mL의 시료를 처리하였다. 2.의 단계로 돌아갈 때에는 자석과 농축부가 분리된다. 또한, 농축 과정의 반복 중에는 피펫 팁을 교체하지 않았다.
7. 농축 과정이 완료되면 사용 중이던 파이펫 팁을 폐기한 후 새로운 팁으로 교체된다. 7. 단계 이후부터 취급 부피(volume)가 0.5mL 미만으로 감소한다.
8. 버퍼가 없는 상태인 농축부 튜브 내의 반응물질에 세척 버퍼(wash buffer) 300μL를 취하여 분주한 후, 혼합(mixing)하였다. 이 단계는 버퍼를 사용하여 농축된 샘플을 충분히 균질화하는 과정으로, 자석이 농축부 및 반응부 튜브 모두와 분리된 상태이다.
9. 시료 전체를 피펫으로 취하여 반응부 튜브로 이동 및 분주하였다.
10. 자석이 반응부로 이동하여 반응물질(반응물질만 자석에 의해 달라붙음) 외 버퍼 및 잔류물질을 분리시키고, 버퍼 및 잔류물질은 파이펫으로 취하여 폐기물부로 이동하여 버려진다. 이 때, 자석에는 반응물질만 붙고, 버퍼 및 잔류물질이 분리된 반응부에는 반응물질만 잔존하게 된다.
11. 사용 중이던 피펫 팁이 폐기되고 새 팁으로 교체된 후, 세척 버퍼 300 μL를 취하여 반응부에 분주 및 혼합하였다. 이 때, 자석과 반응부 튜브는 분리된 상태이다.
12. 균질화한 샘플을 다시 자석으로 분리한 후, 세척 과정을 수행하여 버퍼 및 잔류물질을 제거하였다. 이 때, 자석이 반응부로 이동된 상태이다.
13. 세척이 완료된 후 새로운 피펫 팁으로 교체되고, 검출 항체(detection antibody) 200 μL를 취하였다. 검출 항체 튜브에는 총 300 uL의 검출 항체가 담겨있다. 이 때, 자석과 반응부는 분리된 상태이다.
14. 피펫이 반응부로 이동하여 검출 항체(detection antibody) 200 μL를 분주하고, 혼합과정을 통해 반응물질의 균질화 및 면역반응이 이루어진다. 10분 동안 반응을 진행하였다.
15. 검출 항체 반응과정이 완료되면 자석으로 반응물질과 그 외 버퍼 및 잔류물질을 분리하여 반응물질을 제외한 나머지가 페기물부로 버려진다. 이 때, 자석이 반응부로 이동된 상태이다.
16. 상기 11. 내지 12.의 과정을 총 3회 반복하여 세척하였다.
17. 세척과정 완료 후 피펫 팁이 새 것으로 교체되고 SA-HRP부로 피펫이 이동한다. SA-HRP부 튜브에는 총 300 uL이 담겨있다.
18. SA-HRP 200 μL를 피펫으로 취하여 반응부에 모두 분주하고 물질의 균질화 및 원활한 반응이 이루어질 수 있도록 혼합하였다. 반응 시간은 10분이며, 이 때, 자석과 반응부 튜브는 분리된 상태이다.
19. 자석을 반응부로 이동시켜 반응물질을 분리하고 버퍼와 그 외 잔여물질이 피펫으로 인해 폐기물부로 버려진다. 이 때, 자석은 반응부로 이동한 상태이다.
20. 상기 11. 내지 12.의 과정을 총 3회 반복하여 세척하였다.
21. 세척 완료 후 사용 중이던 피펫 팁이 폐기되고 새것으로 교체된다. 기질(substrate) 200 μL를 피펫으로 취하여 반응부에 분주 및 mix후 HRP-기질 반응에 의한 발광신호 측정하였다. 기질부 튜브에는 총 300 uL이 담겨있다. 이 때, 자석과 반응부 튜브는 분리된 상태이다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 시료 내의 식중독균을 검출하기 위한 시스템으로,
    시료 및 시약의 순차적인 반응을 유도하는 액체 분주 모듈;
    저장부 튜브, 농축부 튜브 및 반응부 튜브를 구비하는 카트리지; 및
    검출 및 측정을 실시하는 광학부 모듈;
    자석 이동 모듈; 및
    상기 카트리지의 측면에 위치하는 자석을 포함하고,
    상기 농축부 튜브가 자성비드 및 항체를 포함하고,
    상기 액체 분주 모듈이 2축 이상의 스테이지를 포함하며, X축 이동 스테이지, Y축 이동 스테이지 및 Z축 이동 스테이지 중 2축 이상의 스테이지를 포함하는, 식중독균 자동 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 분주 모듈이 피펫 내부 압력 인식 센서 기능, 액체 표면 레벨 인식 센서 기능 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 식중독균 자동 검사 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 분주 모듈이 시료 및 시약의 흡입, 이송 및 분주를 위한 소프트웨어를 포함하는 것인, 식중독균 자동 검사 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지가 버퍼를 구비한 튜브, 신호 증폭 물질을 구비한 튜브 및 피펫 팁 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 식중독균 자동 검사 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학부 모듈이 신호 검출기, 신호 증폭기 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 식중독균 자동 검사 시스템.
  8. 제1항에 따른 시스템을 도입한 식중독균 자동 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    광학부가 포토멀티튜브, 광다이오드 센서 또는 전하결합소자 이미지센서를 포함하는 것인, 식중독균 자동 검사 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    히팅부, 모터 및 이동용 솔레노이드 밸브 중 하나 이상을 포함하는 것인, 식중독균 자동 검사 장치.
  11. 제1항에 따른 시스템을 이용하여,
    1) 농축부 튜브의 자성비드 및 항체와, 그 주변의 자석 이동 모듈을 이용한 농축단계;
    2) 상기 자석 이동 모듈을 통해 농축부 튜브 또는 반응부 튜브의 측면으로 자석을 이동시키는 단계;
    3) 생물학적 시료 및 시약 내 항체의 면역반응을 유도하는 단계;
    4) 상기 3) 단계의 물질을 신호 증폭 물질과 반응시키는 단계; 및
    5) 상기 4) 단계의 물질을 검출 및 측정하는 단계를 순차적으로 진행하는, 식중독균 자동 검사 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 1) 내지 5) 단계가 자동적으로 제어되는 것인, 식중독균 자동 검사 방법.
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